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An endogenous small interfering RNA pathway in Drosophila

An endogenous small interfering RNA pathway in Drosophila

Drosophila endogenous small RNAs are categorized according to their mechanisms of biogenesis and the Argonaute protein to which they bind. MicroRNAs are a class of ubiquitously expressed RNAs of 22 nucleotides in length, which arise from structured precursors through the action of Drosha–Pasha and Dicer-1–Loquacious complexes. These join Argonaute-1 to regulate gene expression. A second endogenous small RNA class, the Piwi-interacting RNAs, bind Piwi proteins and suppress transposons. Piwi-interacting RNAs are restricted to the gonad, and at least a subset of these arises by Piwi-catalysed cleavage of single-stranded RNAs. Here we show that Drosophila generates a third small RNA class, endogenous small interfering RNAs, in both gonadal and somatic tissues. Production of these RNAs requires Dicer-2, but a subset depends preferentially on Loquacious rather than the canonical Dicer-2 partner, R2D2. Endogenous small interfering RNAs arise both from convergent transcription units and from structured genomic loci in a tissue-specific fashion. They predominantly join Argonaute-2 and have the capacity, as a class, to target both protein-coding genes and mobile elements. These observations expand the repertoire of small RNAs in Drosophila, adding a class that blurs distinctions based on known biogenesis mechanisms and functional roles.

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科学家发现一类新的小RNA分子

RNA的重要作用就是真实传达DNA的信息,从而让细胞能够制造出各种蛋白。近年来,分子生物学家越来越多地发现,一类很短的RNA分子同样直接影响着基因编码蛋白过程,比如是哪个基因来编码蛋白,制造多少蛋白。此外,科学家发现一些小RNA在保护遗传物质的完整性方面也扮演着特殊的角色。

美国冷泉港实验室(CSHL)的科学家最近在该领域中取得了重要进展。他们从果蝇体内鉴别出了一类全新的小RNA分子,并且澄清了一类此前已知的小RNA如何调控基因活性。研究成果部分发表于《自然》杂志。领导该项研究的Gregory J. Hannon教授是小RNA研究的先驱,他说,“小RNA分子的类型比我们最初猜想的更多。同时,人们已知的每一类小RNA起作用的方式比此前认为的要更多。”

小RN***断通常只有20至30个碱基长度,它们与特定蛋白一道,消除或修改目标分子。不过,一个细胞的DNA拥有数十亿个碱基对,是什么决定了哪个小RN***断被选择承担这一角色呢?

此前,科学家所知的果蝇体内调控小RNA只有两大类,它们与不同的蛋白发生作用。其中一类是microRNA,它们存在于整个生物体中,与Argonaute 1蛋白结合,调控许多基因的活性。另一类名为piRNA,它们只存在于性器官细胞中,与Piwi蛋白结合发挥作用。这类小RNA可以抑制遗传“入侵者”——转位(座)因子(transposable elements),保护基因组不受破坏,从而避免一些相关的疾病。

在最新研究中,Hannon和同事找到了与第三种蛋白Argonaute 2结合的RNA分子。研究人员利用了一种高效设备,它可以同时测定数百万个小RNA分子的碱基序列。这样,他们就可以扫描已知的基因组来寻找匹配的序列。研究人员发现,这些小RNA分子不同于以往所知的任何一类,它们既改变基因活性,又抑制转位因子。研究人员表示,这一发现拓展了人类已知的小RNA的“本事”,并且进一步模糊了此前两类小RNA的差异。

在另一项相关研究中,Hannon等人利用小鼠模型发现了调控RNA的新来源。许多RNA序列比如miRNA被标记为调控分子是由于它们自身的折叠。特定蛋白识别能够识别折叠产生的双链RNA,并将它们切成调控RN***段。Hannon等人发现,这种双链RNA可以源自“伪基因”(遗留在基因组中的常基因拷贝,因功能损坏而无法表达,曾被认为是“垃圾DNA”)。研究表明,常基因的RNA拷贝有时会与相关的“伪基因”拷贝片段发生联系,产生双链RNA,它们可以激活细胞的调控机器。

新发现为人们理解小RNA影响基因活性的过程,再添加了一个复杂性层面。Hannon等人写道,“总体来看,我们的研究表明,双链RNA在进化过程中被广泛作为调控分子。”

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